ＭＰ３プレーヤ第１３作 (Raspberry PI zero + DAC)

ＭＰ３プレーヤ第１３作

ソフトウエアデコーダ(Raspberry PI zero上で動作)＋I2S接続DACによるＭＰ３プレーヤ。
昨年(2018年)10月にRaspberry PI zeroを購入して以来、５カ月かけてようやく完成。

概要
回路１(電源とデジタル系)
製作１(電源とPIC,LCD)
製作２(電源とPIC,LCD/SPIのテスト)
ケース加工発注
製作３(Rapberry PI - PIC 間SPI通信)
回路２(アナログ系)
製作４
OS/基本ソフト
作成したプログラム(PIC)
作成したプログラム(Raspberry PI)
改造したプログラム(Raspberry PI)
完成
課題
LCD表示例
音源データメンテ(2024/05/21)

更新： 2018/12/03, 2018/12/09, 2018/12/15, 2018/12/23, 2019/02/11, 2019/02/16, 2019/02/16, 2019/02/24, 2019/03/02, 2019/03/09, 2019/03/30, 2024/05/21, 2024/07/14

概要

ＭＰ３プレーヤ試作(Raspberry PI zero)を作品として完成させます。
今までに製作したＭＰ３プレーヤと同等のユーザインターフェースを持つ、スタンドアロンで使える製作とする。
Raspberry PI/Raspbianのマルチタスクとネイティブなファイルシステムを活用しつつも、通常利用時にはコンピュータであることを意識させない構成にします。

回路１(電源とデジタル系)

電源とLCD(TG12864B)の制御はPIC(18F26K22)で行う。
音源データ／メニューデータ／フォントファイルなどはRaspberry PI のマイクロＳＤに置く。
電源以外のＳＷはすべてRaspberry PIに接続する。
Raspberry PIからPICへのLCD表示データの転送はSPIを使う。Raspberry PIがマスタ、PICがスレーブ。
PICからRaspberry PIへの指令としては電源オフにおけるRaspberry PIのシャットダウンがあるが、その仕掛けは検討中。
→左回路図の"DIRECT_PDOWN"のラインでPICからRaspberry PIへの停止指示。Raspberry PIのスクリプト(mp3_13.sh)でshutdown。PICは十分な時間をおいてから(Raspberry PIの完全停止を確認することはなく)、全体の電源を遮断。(2019/02/11加筆)
回路図更新(2019/02/11)
PICはLCDの電源電圧に合わせて5Vで動作させているが、Raspberry PIは5V tolerantではないらしい、ということを後になって知った。(2019/03/30)

製作１(電源とPIC,LCD)
PICのプログラムソース中で埋め込んだイメージデータの表示テスト。イメージデータは秋月のsampleデータを使用。
PIC,LCDともにソケットを使わないで直にはんだ付けしているので、まめに動作確認していきます。

製作２(電源とPIC,LCD/SPIのテスト)
Raspberry PIとの連携に着手する前に、別のPICをSPIのマスタとしてイメージデータをSPI経由で送信し表示させるテストを行う。
これでPICに盛り込む機能の基本的な動作確認はできた。

ケース加工発注

第１２作に続いてケースの加工をタカチに発注した。窓口は前回と同様、共立エレショップ。
ケースの型番は今回も（個人的にお気に入りの）YM-150。図面データはこちら
ケース代＋加工費用は11,170円
できてきたケースに部品を仮付けしてみた。しかしここでLCDとタクトスイッチがケース内でぶつかることが判明。しかたなくタクトスイッチの個数を１０から９に減らし、並びを３列から２列に変更した。スイッチの機能割り当ての再検討が必要。使わなくなった穴はスイッチの機能名ラベルなどを貼ってふさぐことにする。

製作３(Rapberry PI - PIC 間SPI通信)
次にRaspberry PIをSPIマスタとするテストを行う。この時点のプログラムはこれ。PICのプログラムはCCS-Cで作成。Raspberry PIのプログラムとともにかなり粗削りで、参考にしたプログラムの痕跡が明確に残っています。
RaspberryPIで参考にしたサイトは、
・Raspberry Pi 2でSPI接続のグラフィック液晶の制御、
・raspberrypi.orgのSPI、このページで配布されているLoopback testプログラム

回路２(アナログ系)

アナログ部分についてこだわりはないので定番のキーパーツで簡単にした。
PCM5102まわりの回路は以下のページを参考にした。
Raspberry Pi PC化基板の回路図
 Rapberry Pi2 B+ の　DAC　I2S　の製作の回路図
TIの資料(PCM510xA 2.1 VRMS, 112/106/100 dB Audio Stereo DAC with PLL and 32-bit, 384 kHz PCM Interface)のなかの回路(10.1.1 Typical Applications)
回路図更新(2019/02/11)
モノラルで聴くことが多いので、その場合片チャンネルのオーディオアンプの電源を遮断できるようにしている。

製作４
製作の最終盤

OS/基本ソフト

2017-03-02-raspbian-jessie-lite
wiringPi-8d188fa.tar.gz
libid3tag-0.15.1b.tar.gz
libmad-0.15.1b.tar.gz
alsa-lib-1.0.28.tar.bz2
設定などの試行錯誤はこちら。I2Sオーディオの基本的な設定のほか、起動時間を最小化するための設定をしている(少し前のraspbianをつかっているのもそのため)。

作成したプログラム(PIC)
内容はシンプルで、全体の電源制御とLCDの表示である。LCDのイメージデータはRaspberry PIで生成されてSPIでPICに送られる。PICはそれをそのまま表示する。
ソースはこちら。CCS社のPIC18用コンパイラ(PCH V5.046)で開発

作成したプログラム(Raspberry PI)

mp3_13.sh

crontabの@rebootに登録されてRaspbianの起動時に自動で起動される。
@reboot /home/pi/mp3_13/mp3_13.sh
ここからmp3_13_menu/mp3_13_mkflに分岐。
最後にshutdownを実行。

mp3_13_menu ... 新規作成したプログラムの中心。

電源SW以外のSWの入力操作。
LCDの表示イメージを作成してPICに送信
MP3デコーダ(madplay)の実行と制御。

madplayとの通信はソケットで行う。socketpair()で生成したソケットをmadplayの起動時引数として渡します。
madplayの制御は起動時引数の付加、音量の調整、再生途中の終了。
曲途中からの再生はmadplayの --startオプションで。
曲途中での早送りと巻き戻しにも対応。madplayをいったん終了してから --startオプションを付けて再起動する方法で対処した。安直な方法だがタイムラグは全く気にならない。

仕様変更(2024/07/14)

インデックス画面の廃止
ランダム再生の仕様変更。所定のフォルダはファイル単位のランダム再生とする。

mp3_13_mkfl

mp3_13_menuの入力ファイル（MP3ファイルを置くフォルダの構成を記述したデータファイル）を生成する。
LCDに表示するフォルダ名・曲名のイメージデータもここで作成してデータファイルに含める。
ランダム再生の再生順もこのプログラムで決めている。
このプログラムはRaspberryPIに依存しないので、WSL上のDebianで基本的な開発・テストを行ってからRaspberryPIで仕上げた。。
ランダム再生の仕様変更に対応(2024/07/14)

以上の新規作成したプログラムはこちら

改造したプログラム(Raspberry PI)

madplay-0.15.2b

コマンドラインで実行するスタイルのMP3デコーダですが、バックグラウンドで実行して再生中にmp3_13_menuからコントロールできるように改造した。
オリジナルのmadplay-0.15.2bはこちら。
改造したmadplay-0.15.2bはこちら。
オリジナルから ./configure --with-alsa で生成したソースに対して改造を加えた。
手を加えたファイルは player.c/madplay.c/player.h/Makefile。
ファイル中の"MP3_13"をたどることで変更箇所がわかります。

完成

64GByteのSDカードで運用中。これでもルートパーティションの使用率が97%に達している。
前回作(mp3_12)と比較して、操作ボタンを上面に配置したので使いやすくなりました。

課題

SDカードのメンテナンス。SDカードにMP3ファイルを追加するのに当初はExt2Fsdを使う予定だったが、現行バージョン(0.69)はまだ安定していなくて認識できないカードがあったりする。実験用＆次回作用にRaspberry PI zeroをもう一つ買ったので、それを当面のSDカードメンテナンス用とする。
PICKIT3がなぜかPICを認識しなくなった。PIC部分のプログラムはほぼできていたが...
認識しなくなったのはPICの周辺回路の影響なのか。全体を小さくまとめるためPICをICソケットなしで直にはんだ付したのですが、アマチュアの工作ではそれもリスクがあります。

LCD表示例
左上から下へ

初期画面(メインメニュー)

フォルダ ... フォルダ階層をたどって選択
インデックス ... フォルダの頭文字から選択
ランダム再生 ... 曲単位のランダムではなくフォルダ単位のランダム再生（特定のフォルダのみ曲単位のランダム再生とした。2024/07/14）
停止 ... シャットダウン
フォルダ構成情報作成 ... mp3_13_mkflを実行。フォルダ／インデックス／ランダム再生のデータファイルを作成

フォルダ選択画面(1)　５行２列の表示がディフォルト
フォルダ選択画面(2)　順次フォルダ階層をたどる
フォルダ選択画面(3)　５行１列の表示に変更できる
~~インデックス画面~~ インデックス画面は廃止。(2024/07/14)
~~インデックス"C"の画面~~
曲選択画面　曲選択では５行１列の表示がディフォルト
再生中　１行目にフォルダ名、２～５行目に曲名、再生中の曲を反転表示。画面右下に曲ごとの再生進行時間を表示。

音源データメンテ(2024/05/21)
カバーを外してUSBケーブルを接続することにより音源データのメンテを行う。(カバーを外さないとできないのがこの製作のミス。) 最初の製作以来開発ＰＣを代えているので、ＰＣ側の再設定が必要。

オンボードのスライドＳＷをオフ（電源回路からの供給を切る）。RaspberryPIをUSBの電源で動かす。
USBケーブルを接続
PCに接続するとCOM6となった。
Windows10のデバイスマネージャーでCOM6のドライバーを更新する。最初の開発時に入手したドライバーをそのまま使った。
Windows10にBonjourをインストール。これも最初の開発時に入手したBonjourPSSetup.exeを使った。
TeraTermでログイン可能。接続先:raspberrypi.local
自動停止を防ぐためmp3_13のプロセス(mp3_13.sh/mp3_13_menu)をkillする。
WinSCPの接続もOK。これで音源データの転送が可能になった。
同時にSDを１２８Ｇに変更。前回開発時に作成した３２Ｇのイメージをコピーして、その後の修正ＰＧを上書き。

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	概要ＭＰ３プレーヤ試作(Raspberry PI zero)を作品として完成させます。今までに製作したＭＰ３プレーヤと同等のユーザインターフェースを持つ、スタンドアロンで使える製作とする。 Raspberry PI/Raspbianのマルチタスクとネイティブなファイルシステムを活用しつつも、通常利用時にはコンピュータであることを意識させない構成にします。
	回路１(電源とデジタル系) 電源とLCD(TG12864B)の制御はPIC(18F26K22)で行う。音源データ／メニューデータ／フォントファイルなどはRaspberry PI のマイクロＳＤに置く。電源以外のＳＷはすべてRaspberry PIに接続する。 Raspberry PIからPICへのLCD表示データの転送はSPIを使う。Raspberry PIがマスタ、PICがスレーブ。 PICからRaspberry PIへの指令としては電源オフにおけるRaspberry PIのシャットダウンがあるが、その仕掛けは検討中。 →左回路図の"DIRECT_PDOWN"のラインでPICからRaspberry PIへの停止指示。Raspberry PIのスクリプト(mp3_13.sh)でshutdown。PICは十分な時間をおいてから(Raspberry PIの完全停止を確認することはなく)、全体の電源を遮断。(2019/02/11加筆) 回路図更新(2019/02/11) PICはLCDの電源電圧に合わせて5Vで動作させているが、Raspberry PIは5V tolerantではないらしい、ということを後になって知った。(2019/03/30)
	製作１(電源とPIC,LCD) PICのプログラムソース中で埋め込んだイメージデータの表示テスト。イメージデータは秋月のsampleデータを使用。 PIC,LCDともにソケットを使わないで直にはんだ付けしているので、まめに動作確認していきます。
	製作２(電源とPIC,LCD/SPIのテスト) Raspberry PIとの連携に着手する前に、別のPICをSPIのマスタとしてイメージデータをSPI経由で送信し表示させるテストを行う。これでPICに盛り込む機能の基本的な動作確認はできた。
	ケース加工発注第１２作に続いてケースの加工をタカチに発注した。窓口は前回と同様、共立エレショップ。ケースの型番は今回も（個人的にお気に入りの）YM-150。図面データはこちらケース代＋加工費用は11,170円できてきたケースに部品を仮付けしてみた。しかしここでLCDとタクトスイッチがケース内でぶつかることが判明。しかたなくタクトスイッチの個数を１０から９に減らし、並びを３列から２列に変更した。スイッチの機能割り当ての再検討が必要。使わなくなった穴はスイッチの機能名ラベルなどを貼ってふさぐことにする。
	製作３(Rapberry PI - PIC 間SPI通信) 次にRaspberry PIをSPIマスタとするテストを行う。この時点のプログラムはこれ。PICのプログラムはCCS-Cで作成。Raspberry PIのプログラムとともにかなり粗削りで、参考にしたプログラムの痕跡が明確に残っています。 RaspberryPIで参考にしたサイトは、・Raspberry Pi 2でSPI接続のグラフィック液晶の制御、・raspberrypi.orgのSPI、このページで配布されているLoopback testプログラム
	回路２(アナログ系) アナログ部分についてこだわりはないので定番のキーパーツで簡単にした。 PCM5102まわりの回路は以下のページを参考にした。 Raspberry Pi PC化基板の回路図 Rapberry Pi2 B+ の　DAC　I2S　の製作の回路図 TIの資料(PCM510xA 2.1 VRMS, 112/106/100 dB Audio Stereo DAC with PLL and 32-bit, 384 kHz PCM Interface)のなかの回路(10.1.1 Typical Applications) 回路図更新(2019/02/11) モノラルで聴くことが多いので、その場合片チャンネルのオーディオアンプの電源を遮断できるようにしている。
	製作４製作の最終盤
	OS/基本ソフト 2017-03-02-raspbian-jessie-lite wiringPi-8d188fa.tar.gz libid3tag-0.15.1b.tar.gz libmad-0.15.1b.tar.gz alsa-lib-1.0.28.tar.bz2 設定などの試行錯誤はこちら。I2Sオーディオの基本的な設定のほか、起動時間を最小化するための設定をしている(少し前のraspbianをつかっているのもそのため)。
	作成したプログラム(PIC) 内容はシンプルで、全体の電源制御とLCDの表示である。LCDのイメージデータはRaspberry PIで生成されてSPIでPICに送られる。PICはそれをそのまま表示する。ソースはこちら。CCS社のPIC18用コンパイラ(PCH V5.046)で開発
	作成したプログラム(Raspberry PI) mp3_13.sh crontabの@rebootに登録されてRaspbianの起動時に自動で起動される。 @reboot /home/pi/mp3_13/mp3_13.sh ここからmp3_13_menu/mp3_13_mkflに分岐。最後にshutdownを実行。 mp3_13_menu ... 新規作成したプログラムの中心。電源SW以外のSWの入力操作。 LCDの表示イメージを作成してPICに送信 MP3デコーダ(madplay)の実行と制御。 madplayとの通信はソケットで行う。socketpair()で生成したソケットをmadplayの起動時引数として渡します。 madplayの制御は起動時引数の付加、音量の調整、再生途中の終了。曲途中からの再生はmadplayの --startオプションで。曲途中での早送りと巻き戻しにも対応。madplayをいったん終了してから --startオプションを付けて再起動する方法で対処した。安直な方法だがタイムラグは全く気にならない。仕様変更(2024/07/14) インデックス画面の廃止ランダム再生の仕様変更。所定のフォルダはファイル単位のランダム再生とする。 mp3_13_mkfl mp3_13_menuの入力ファイル（MP3ファイルを置くフォルダの構成を記述したデータファイル）を生成する。 LCDに表示するフォルダ名・曲名のイメージデータもここで作成してデータファイルに含める。ランダム再生の再生順もこのプログラムで決めている。このプログラムはRaspberryPIに依存しないので、WSL上のDebianで基本的な開発・テストを行ってからRaspberryPIで仕上げた。。ランダム再生の仕様変更に対応(2024/07/14) 以上の新規作成したプログラムはこちら
	改造したプログラム(Raspberry PI) madplay-0.15.2b コマンドラインで実行するスタイルのMP3デコーダですが、バックグラウンドで実行して再生中にmp3_13_menuからコントロールできるように改造した。オリジナルのmadplay-0.15.2bはこちら。改造したmadplay-0.15.2bはこちら。オリジナルから ./configure --with-alsa で生成したソースに対して改造を加えた。手を加えたファイルは player.c/madplay.c/player.h/Makefile。ファイル中の"MP3_13"をたどることで変更箇所がわかります。
	完成 64GByteのSDカードで運用中。これでもルートパーティションの使用率が97%に達している。前回作(mp3_12)と比較して、操作ボタンを上面に配置したので使いやすくなりました。
	課題 SDカードのメンテナンス。SDカードにMP3ファイルを追加するのに当初はExt2Fsdを使う予定だったが、現行バージョン(0.69)はまだ安定していなくて認識できないカードがあったりする。実験用＆次回作用にRaspberry PI zeroをもう一つ買ったので、それを当面のSDカードメンテナンス用とする。 PICKIT3がなぜかPICを認識しなくなった。PIC部分のプログラムはほぼできていたが... 認識しなくなったのはPICの周辺回路の影響なのか。全体を小さくまとめるためPICをICソケットなしで直にはんだ付したのですが、アマチュアの工作ではそれもリスクがあります。
	LCD表示例左上から下へ初期画面(メインメニュー) フォルダ ... フォルダ階層をたどって選択インデックス ... フォルダの頭文字から選択ランダム再生 ... 曲単位のランダムではなくフォルダ単位のランダム再生（特定のフォルダのみ曲単位のランダム再生とした。2024/07/14）停止 ... シャットダウンフォルダ構成情報作成 ... mp3_13_mkflを実行。フォルダ／インデックス／ランダム再生のデータファイルを作成フォルダ選択画面(1)　５行２列の表示がディフォルトフォルダ選択画面(2)　順次フォルダ階層をたどるフォルダ選択画面(3)　５行１列の表示に変更できる ~~インデックス画面~~ インデックス画面は廃止。(2024/07/14) ~~インデックス"C"の画面~~ 曲選択画面　曲選択では５行１列の表示がディフォルト再生中　１行目にフォルダ名、２～５行目に曲名、再生中の曲を反転表示。画面右下に曲ごとの再生進行時間を表示。
	音源データメンテ(2024/05/21) カバーを外してUSBケーブルを接続することにより音源データのメンテを行う。(カバーを外さないとできないのがこの製作のミス。) 最初の製作以来開発ＰＣを代えているので、ＰＣ側の再設定が必要。オンボードのスライドＳＷをオフ（電源回路からの供給を切る）。RaspberryPIをUSBの電源で動かす。 USBケーブルを接続 PCに接続するとCOM6となった。 Windows10のデバイスマネージャーでCOM6のドライバーを更新する。最初の開発時に入手したドライバーをそのまま使った。 Windows10にBonjourをインストール。これも最初の開発時に入手したBonjourPSSetup.exeを使った。 TeraTermでログイン可能。接続先:raspberrypi.local 自動停止を防ぐためmp3_13のプロセス(mp3_13.sh/mp3_13_menu)をkillする。 WinSCPの接続もOK。これで音源データの転送が可能になった。同時にSDを１２８Ｇに変更。前回開発時に作成した３２Ｇのイメージをコピーして、その後の修正ＰＧを上書き。